EP1787206A1 - Anordnung zur signalübertragung - Google Patents

Anordnung zur signalübertragung

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EP1787206A1
EP1787206A1 EP05784601A EP05784601A EP1787206A1 EP 1787206 A1 EP1787206 A1 EP 1787206A1 EP 05784601 A EP05784601 A EP 05784601A EP 05784601 A EP05784601 A EP 05784601A EP 1787206 A1 EP1787206 A1 EP 1787206A1
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Dieter Klostermeier
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Continental Automotive GmbH
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/40—Bus structure
    • G06F13/4063—Device-to-bus coupling
    • G06F13/4068—Electrical coupling
    • G06F13/4072—Drivers or receivers

Definitions

  • each one terminal of a driver is ⁇ reinforced.
  • This driver can be designed with the advantage of saving a line such that the signals are combined onto a single bidirectionally formed signal line.
  • the drivers A, B are part of relevant ISO standards and each have an amplifier VOA, VOB, a Transis ⁇ gate TA, TB, a base resistor RA, RB and an inverter INVA, INVB on. Between the two drivers A, B there is a bidirectional signal line RxTxI, which is held at specific reference voltage levels by means of a reference resistor RBEZ and a reference voltage UBEZ as a function of the transmission or reception state.
  • the two drivers A, B switch the voltage of the bidirectional signal line RxTxI between a LOW and a HIGH state as a function of the voltage level applied by the subscribers T1 and T2, the subscribers T1 and T2 in this case based on a certain signals to each other, which either prevents collisions or not Prevented collisions provides a repetition of Signalübertra ⁇ supply. Accordingly, the drivers A and B are tuned in their behavior to the protocol of signal transmission used. In this respect, the bidirectional signal line RxTxI is only a limited bidirectionality, since it changes by means of the protocol in the direction of the unidirectionality.
  • the operation of the circuit C according to the invention in the embodiment of Figure 2 corresponds to that of the circuit C shown in Figure 1, wherein between the receiving RxdC and the first resistor Rl a diode Vl with forward direction opposite to the signal direction of the receiving terminal RxdC is arranged.
  • the forward direction of the diode is such that it is a LOW-active logic.
  • the diode Vl has a voltage drop of approximately 0.5 volts, so that the resistance Rl as small dimen ⁇ should be sized to allow at a LOW signal of the second party T2 at the first interface connection RxTx2 a voltage of about 1 volt is established, which tolerates the first participant Tl as a LOW signal.
  • the inverter INVA provides via the base resistor RA for a voltage of 0 volts at the base of Tran ⁇ sistors TA.
  • the interface connector RxTx2 tolerates the voltage of 1 volt as LOW.

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Description

Beschreibung
Anordnung zur Signalübertragung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit Teilnehmern einer Signalübertragung und einer Schaltung zum Anschluss bidirek¬ tionaler Schnittstellen von Teilnehmern an unidirektionale Schnittstellen anderer Teilnehmer.
Ein häufiges Problem bei der Übertragung von Signalen stellt sich, wenn eine bidirektionale Sende-Empfangsleitung einer asynchronen Schnittstelle an eine andere Sende-Empfangslei- tung anzubinden ist. Eine hierbei gerne genutzte aber kost¬ spielige Lösung besteht darin, dass MikroController der bei- den teilnehmenden Kommunikationspartner mittels einer zusätz¬ lichen Steuerleitung die Treiberrichtung zwischen Empfangen und Senden miteinander vereinbaren im Sinne eines Empfangs- Sendeprotokolls . Der entscheidende Nachteil dieser Vorgehens¬ weise liegt in der Notwendigkeit einer zusätzlichen Steuer- leitung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilnehmer, bei¬ spielsweise zwischen einem Sensor zur Ermittlung eines zu ei¬ ner Geschwindigkeit korrelierten Messwertes und einem Fahrt¬ schreiber zur Aufzeichnung der Geschwindigkeit eines Nutz¬ fahrzeuges .
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Anordnung bereitzustellen, die die Kommunikation unter Teilnehmern ei¬ ner Signalübertragung ohne zusätzliche Steuerleitungen auf möglichst einfache und kostengünstige Art und Weise erlaubt. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe schlägt die Erfin¬ dung eine Anordnung gemäß dem Anspruch 1 vor. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung enthalten die Unteransprüche. Der entscheidende Vorteil der Anordnung nach der Erfindung liegt in der Fähigkeit des selbsttätigen Erkennens mittels der einem Kommunikationspartner zugeordneten Schaltung, ob es sich bei den detektierten Spannungspegeln um zu sendende Sig- nale oder zu empfangende Signale handelt. Erfindungsgemäß können Teilnehmer einer Signalübertragung miteinander verbun¬ den werden, die mit Schnittstellen von unterschiedlicher Phy¬ sik ausgestattet sind, insbesondere mit Schnittstellen die sich hinsichtlich ihrer Direktionalität unterscheiden oder mit verschiedenen Spannungspegeln zu betreiben sind.
Eine andere vorteilhafte Anwendung der Erfindung liegt in dem Verbinden beispielsweise zweier unidirektionaler Schnittstel¬ lenpaare miteinander, die auch eine unterschiedliche Physik aufweisen können, wobei einem oder beiden Kommunikationspart¬ nern jeweils eine erfindungsgemäße Schaltung zugeordnet wer¬ den kann, sodass zwischen den beiden Partnern nur eine Sig¬ nalleitung erforderlich ist, ohne, dass es zu Kollisionen von Signalströmen oder sogar Signalverlusten kommt.
Bei den Schnittstellenanschlüssen gemäß der Erfindung kann es sich um beispielsweise völlig normale Steckverbindungen zur galvanisch leitenden Verbindung handeln. Die einzelnen Be¬ zugsspannungen, mittels derer eine Anpassung der Signalpegel an die von den Schnittstellen geführten Spannungspegel er¬ folgt, können entweder an einer geeigneten Stelle einer gege¬ benenfalls in der Umgebung befindlichen elektrischen Schal¬ tung abgegriffen werden oder mittels einer geeigneten Dimen¬ sionierung der verschieden Ohmschen Widerstände und Anschluss an eine Spannungsquelle erzeugt werden. Besonders vorteilhaft ist auch die Verwendung einer Bandgap-Diode zur Erzeugung des gewünschten jeweiligen Spannungspotentials. Es ist es zweck¬ mäßig, wenn die erste Bezugsspannung und dritte Bezugsspan- nung auf dem gleichen Referenzpotential liegen. Eine in der Praxis geeignete Größenordnung für das Referenzpotential sind 5 Volt. Die zweite Bezugsspannung kann zweckmäßig mittels ei¬ ner Spannungsteilung zwischen dem Referenzpotential und einem Massepotential oder mittels einer Bandgap-Diode erzeugt wer¬ den. Die zweite Bezugsspannung liegt hierbei mit Vorteil nie¬ driger als 1 Volt, sodass die erste bidirektionale Schnitt¬ stelle dieses Referenzpotential, zum Beispiel bei einer LOW- aktiven Logik als LOW-Spannungspegel erkennt.
Zur Überbrückung weiterer Signalübertragungsstrecken ist es sinnvoll, wenn der Sendeanschluss und der Empfangsanschluss der Schaltung an jeweils einem Anschluss eines Treibers ange¬ schlossen sind, der Signale verstärkt. Dieser Treiber kann mit dem Vorteil der Einsparung einer Leitung derart ausgebil¬ det sein, dass die Signale auf eine einzelne bidirektional ausgebildete Signalleitung zusammengefasst werden. Dies setzt jedoch voraus, dass entsprechende Übertragungsprotokolle in den Arbeitsalgorithmus der an den jeweiligen Enden der Sig- nalübertragung befindlichen Mikrokontroller implementiert sind.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Teilnehmer ein Tachograph ist und ein zweiter Teil- nehmer ein Sensor, der an den ersten Teilnehmer zu einer
Fahrzeuggeschwindigkeit korrelierte Signale übermittelt. Die Erfindung ist hier besonders vorteilhaft, weil die einschlä¬ gigen Standards die physikalischen Eigenschaften der Schnitt¬ stellen des Sensors und des Tachographen unterschiedlich festlegen.
Insbesondere bei einem dem ersten Teilnehmer zugeordneten Empfangstreiber, der im Umfeld einer LOW-aktiven-Logik auch den high-Pegel aktiv treibt, ist die Anordnung einer Diode in der Empfangsleitung der erfindungsgemäßen Schaltung besonders zweckmäßig, damit im Falles des Sendens des ersten Teilneh¬ mers der dem ersten Teilnehmer zugeordnete Treiber mittels der sich an den Treiber anschließenden Empfangsleitung nicht das Potential des ersten Schnittstellenanschlusses an der bi¬ direktionalen Schnittstelle des ersten Teilnehmers erhöht.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie- len unter Bezugnahme auf Zeichnungen zur Verdeutlichung näher beschreiben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä¬ ßen Anordnung, die auf das Wesentliche vereinfacht ist,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä¬ ßen Anordnung unter Einbezug zweier zwischen geord¬ neter Treiberbauelemente und
Fig. 3 die sich bei der Anordnung gemäß Fig. 3 an dem ers¬ ten Schnittstellenanschluss ergebenden Spannungspe¬ gel im Rahmen einer Signalübertragung.
Figur 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau wesentlicher Be¬ standteile einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 mit einem ers¬ ten Teilnehmer Tl, einer Schaltung C und einem zweiten Teil¬ nehmer T2. Der erste und zweite Teilnehmer Tl, T2 weisen je- weils einen Mikrokontroller μCa, μCb und eine an diesen ange¬ schlossene Schnittstelle UARTa, UARTb (UART = Universal Asynchronous Receiver Transmitter) auf. Hierbei ist die erste Schnittstelle UARTa bidirektional mit einem ersten Schnittstellenanschluss RxTx2 zum Senden und Empfangen ausgebildet.
Die zweite Schnittstelle UARTb weist zwei zweite Schnittstel¬ lenanschlüsse, nämlich einen Empfangsanschluss RxdC und einen Sendeanschluss TxdC auf. Sowohl der Empfangsanschluss RxdC als auch der Sendeanschluss TxdC sind unidirektional ausge¬ bildet.
Zwischen dem ersten Teilnehmer Tl und dem zweiten Teilneh¬ mer T2 befindet sich die erfindungsgemäße Schaltung C, die mittels eines ersten Schnittstellenanschlusses RxTx2 mit dem ersten Teilnehmer Tl in bidirektionaler Signalübertragung steht und mittels des Sendeanschlusses TxdC und des Empfangs¬ anschlusses RxdC mit einem Schnittstellenempfangsanschluss RxD bzw. einem Schnittstellensendeanschluss TxD des zweiten Teilnehmers T2 in jeweils unidirektionaler Verbindung steht. Zentrales Element der Schaltung C ist ein Komparator Nl, an dessen invertierenden Eingang Nl- eine Referenzspannung Ulow- Ref anliegt. In Abhängigkeit von der an dem nicht invertie¬ renden Eingang Nl+ anliegenden Spannung erzeugt der Kompara¬ tor Nl in Abhängigkeit von dem Ohmschen Widerstand R3 eine den physikalischen Eigenschaften der zweiten Schnittstelle UARTb und dem von dem Teilnehmer Tl zu sendenden Signal ent¬ sprechende Ausgangsspannung an seinem als Open-Kollektor aus¬ gebildeten Ausgang NIa.
Die an dem invertierenden Eingang Nl- des Komparators Nl an- liegende Bezugsspannung ULOWRef ist hierbei mittels einer
Spannungsteilung unter Verschaltung eines zweiten Widerstan¬ des R2 und eines vierten Widerstandes R4 zwischen der Refe¬ renzspannung Uref und einem Massepotential UO erzeugt. Zwischen der Referenzspannung Uref und dem ersten Schnitt- stellenanschluss RxTx2 ist ein fünfter Ohmscher Widerstand R5 geschaltet, der die Funktion eines Pull-Up-Widerstands für die bidirektionale Leitung des ersten Schnittstellenanschlus- ses RxTx2 erfüllt.
Erzeugt der Teilnehmer Tl mittels der ersten Schnittstelle UARTa auf den ersten Schnittstellenanschluss RxTx2 den Span¬ nungszustand HIGH von beispielsweise 5 Volt, so gibt der Kom- parator Nl auf dem Sendeanschluss TxdC eine dem HIGH-Pegel des Teilnehmers T2 entsprechende Spannung von beispielsweise 5 Volt aus.
Sendet der erste Teilnehmer Tl LOW, liegt an dem ersten Schnittstellenanschluss RxTx2 beispielsweise eine Spannung von 0 Volt an und der Komparator Nl gibt auf den Sendean¬ schluss TxdC eine Spannung von etwa 0 Volt aus, welche der Empfangsanschluss RxdC des zweiten Teilnehmers T2 als LOW er¬ kennt.
Bei der als LOW-Aktive-Logik ausgebildeten Anordnung des Aus¬ führungsbeispiels fällt am Empfangsanschluss RxdC die Span¬ nung auf ca. 0 Volt ab, falls der zweite Teilnehmer T2 auf seinem Schnittstellensendeanschluss Txd mittels des verbunde- nen Empfangsanschlusses RxdC der Schaltung C sendet, wobei an einem ersten Ohmschen Widerstand Rl ein Spannungsabfall von etwa 1 Volt zu verzeichnen ist. Hierbei weist der erste bidi¬ rektionale Schnittstellenanschluss RxTx2 eine Spannung von etwa 1 Volt auf, da der fünfte Ohmsche Widerstand R5 eine entsprechende Dimensionierung aufweist und die Funktion eines Pull-Up-Widerstandes ausgehend von der Referenzspannung Uref hat. Die erste Schnittstelle UARTa toleriert hierbei die sich ergebende Spannung von etwa 1 Volt als LOW-Pegel, sodass sie als von dem zweiten Teilnehmer T2 gesendetes Signal detek- tiert wird.
In weiterer Ausgestaltung zeigt Figur 2 eine Anordnung mit zwei Treibern A, B, die jeweils einem Teilnehmer Tl, T2 zuge¬ ordnet sind. Die Darstellung zeigt schematisch von links nach rechts mit den Bauelement T2 und B zu einem Sensor S zugeord¬ nete Bauteile der erfindungsgemäßen Anordnung 1 und mit den Bauelementen A, C und Tl zu einem digitalen Tachographen DTCO zugeordnete Bauteile der erfindungsgemäßen Anordnung 1.
Die Logik ist LOW-Aktiv ausgebildet, wobei der erste Teilneh¬ mer Tl Spannungspegel zwischen 0 Volt und 1,5 Volt als LOW erkennt und Spannungen zwischen 4,5 und 5,5 Volt als HIGH. Der zweite Teilnehmer T2 hat eine entsprechende Erkennungs¬ charakteristik und beide Teilnehmer senden LOW-Signale bei etwa 0 Volt. Der gesendete HIGH-Zustand liegt bei beiden Teilnehmern Tl, T2 bei etwa 5 Volt.
Die Treiber A, B sind Bestandteil einschlägiger ISO-Normen und weisen jeweils einen Verstärker VOA, VOB, einen Transis¬ tor TA, TB, einen Basiswiderstand RA, RB und einen Inverter INVA, INVB auf. Zwischen den beiden Treibern A, B befindet sich eine bidirektionale Signalleitung RxTxI, die mittels ei- nes Bezugswiderstandes RBEZ und einer Bezugsspannung UBEZ in Abhängigkeit des Sende- bzw. Empfangszustandes auf bestimmten Bezugsspannungsniveaus gehalten wird. Die beiden Treiber A, B schalten in Abhängigkeit der von den Teilnehmer Tl und T2 an¬ liegenden Spannungspegel die Spannung der bidirektionale Sig- nalleitung RxTxI zwischen einem LOW und einem HIGH-Zustand hin und her, wobei die Teilnehmer Tl und T2 hierbei auf Basis eines bestimmten Protokolls miteinander Signale austauschen, welches entweder Kollisionen verhindert oder im Falle nicht verhinderter Kollisionen eine Wiederholung der Signalübertra¬ gung vorsieht. Dementsprechend sind die Treiber A und B in ihrem Verhalten auf das verwendete Protokoll der Signalüber¬ tragung abgestimmt. Insofern handelt es sich bei der bidirek- tionale Signalleitung RxTxI nur um eine eingeschränkte Bidi- rektionalität, da sie mittels des Protokolls abgestimmt in der Richtung der Unidirektionalität wechselt.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung C in dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 entspricht derjenigen der in Figur 1 dargestellten Schaltung C, wobei zwischen dem Emp- fangsanschluss RxdC und dem ersten Widerstand Rl eine Diode Vl mit Durchlassrichtung entgegen der Signalrichtung des Emp¬ fangsanschlusses RxdC angeordnet ist. Die Durchlassrichtung der Diode ergibt sich derart, da es sich um eine LOW-Aktive Logik handelt. Die Diode Vl weist eine Spannungsabfall von etwa 0,5 Volt auf, sodass der Widerstand Rl so gering dimen¬ sioniert werden sollte, dass sich bei einem LOW-Signal des zweiten Teilnehmers T2 an dem ersten Schnittstellenanschluss RxTx2 eine Spannung von etwa 1 Volt einstellt, welche der erste Teilnehmer Tl als LOW-Signal toleriert. Die als Span¬ nungsteiler angeordneten Widerstände R2 und R4 definieren an dem Komparator Nl die Schwelle für den LOW-Pegel, innerhalb dessen die Unterscheidung zwischen Senden und Empfangen in Bezug auf die erste Schnittstelle UARTa erfolgt. Diese kann beispielsweise bei 0,5 Volt liegen.
Sendet der erste Teilnehmer Tl, fällt an der ersten Schnitt¬ stelle UARTa bzw. an dem ersten Schnittstellenanschluss RxTx2 die Spannung auf 0 Volt ab, sodass an dem Ausgang des Kompa- rators NIa sich ebenfalls 0 Volt einstellen. In diesem Fall sorgt der Inverter INVA über den Basiswiderstand RA für eine Leitung des Transistors TA, der das Spannungsniveau der Sig- nalleitung RxTxI auf etwa 0 Volt absenkt. Dementsprechend de- tektiert der Schnittstellenempfangsanschluss Rxd den Span¬ nungspegel LOW.
Sendet der zweite Teilnehmer T2, fällt an der ersten Schnitt¬ stelle UARTa bzw. an dem ersten Schnittstellenanschluss RxTx2 die Spannung auf 1 Volt ab, sodass an dem Ausgang des Kompa- rators NIa an der Signalleitung RxTxI sich 5 Volt einstellen. In diesem Fall sorgt der Inverter INVA über den Basiswider- stand RA für eine Spannung von 0 Volt an der Basis des Tran¬ sistors TA. Der Schnittstellenanschluss RxTx2 toleriert die Spannung von 1 Volt als LOW.
Für den Fall, dass keiner der Teinehmer Tl oder T2 senden, ergibt sich die Spannung in der Signalleitung RxTxI aufgrund der Verstärkungscharakteristik der Verstärker VOA, VOB zu 8 Volt. An dem ersten Schnittstellenanschluss RxTx2 und dem Empfangsanschluss RxdC liegen jeweils 5 Volt an, welches bei¬ de Teilnehmer Tl, T2 als HIGH-Zustand erkennen.
Figur 3 zeigt den Spannungsverlauf an dem ersten Schnittstel¬ lenanschluss TxTx2 während einer dortigen bidirektionalen Signalübertragung. Während einer mit I ausgewiesenen Zeit¬ spanne sendet der Teilnehmer Tl einige Low-Signale und im An- Schluss daran während einer mit II ausgewiesenen Zeitspanne wendet der Teilnehmer 2 LOW-Signale, welche abweichend von den LOW-Signalen des mit I bezeichneten Bereichs nicht bei 0 Volt liegen sondern bei etwa 1 Volt.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit Teilnehmern (Tl, T2) einer Signalübertra¬ gung und einer Schaltung (C) zum Anschluss bidirektiona- ler Schnittstellen von Teilnehmern an unidirektionale Schnittstellen anderer Teilnehmer (Tl, T2), wobei die Schaltung (C)
- einem ersten Schnittstellenanschluss (RxTx2) zum An¬ schließen an eine erste bidirektionale Schnittstelle (UARTa) eines ersten Teilnehmers (Tl) und
- einen zweiten Schnittstellenanschluss mit zwei zweiten Anschlüssen, jeweils zum Anschluss an zweite unidirekti¬ onale Schnittstellen, nämlich einem Empfangsanschluss
(RxdC) zur Aufnahme von empfangenen Signalen und einem Sendeanschluss (TxdC) zum Versenden ausgehender Signale aufweist, wobei
- der erste Schnittstellenanschluss (RxTx2) unter Zwi¬ schenanordnung eines fünften ohmschen Widerstandes (R5) an einer ersten Bezugsspannung (Urefl) anliegt, - die Schaltung einen Komparator (Nl) mit einem Inver¬ tierenden Eingang (Nl-) , einem Nicht-Invertierenden Ein¬ gang (Nl+) und einem Komparatorausgang (NIa) umfasst,
- der erste Schnittstellenanschluss (RxTx2)an dem Nicht-Invertierenden Eingang (Nl+) des Komparators (Nl) angeschlossen ist,
- der Komparator (Nl) mit seinem Invertierenden Eingang (Nl-) an einer zweiten Bezugsspannung (ULOWRef) ange¬ schlossen ist,
- der Verstärkerausgang (NIa) unter Zwischenschaltung eines dritten ohmschen Widerstandes (R3) an einer drit¬ ten Bezugsspannung (Uref3) und dem Sendeanschluss (TxdC) angeschlossen ist,
- der erste Schnittstellenanschluss (RxTx2) unter Zwi- schenschaltung eines ersten Widerstandes (Rl) an dem Empfangsanschluss (RxdC) angeschlossen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass die erste Bezugsspannung (Urefl) und die dritte Bezugsspannung (Uref3) auf einem gleichen Referenzpotential (Uref) liegen.
3. Anordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass die zweiten Bezugsspannung
(ULOWRef) mittels Spannungsteilung zwischen dem Refe¬ renzpotential (Uref) und einem Massepotential (UO) oder einer Bandgap-Diode erzeugt ist.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Sen- deanschluss (TxdC) und der Empfangsanschluss (RxdC) an jeweils einen Anschluss eines Treibers (A) angeschlossen sind, der Signale verstärkt.
5. Anordnung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , dass der Treiber (A) die Signale auf eine einzelne bidirektional ausgebildete Signallei¬ tung (RxTxI) zusammenf asst .
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der ers¬ te Teilnehmer (Tl) ein Tachograph (DTCO) ist und ein zweiter Teilnehmer (T2) ein Sensor (S), der an den ers- ten Teilnehmer (Tl) zu einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v) korrelierte Signale übermittelt.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem ersten Schnittstellenanschluss (RxTx2) und dem Sen- deanschluss (TxdC) eine Diode (Vl) vor oder nachfolgend dem ersten Widerstand (Rl) angeordnet ist.
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